CN106029935A - 特别是用于气缸工作面的滑动配置系统以及用以制造该滑动配置系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滑动配置系统，包括：由铝材料构成的基体(1)，特别是曲轴箱；和作为滑动面(11)特别是作为气缸工作面通过热喷涂被施加于基体(1)上的涂层(2)，其中，所述滑动面(11)包括由第一材料(4)构成的第一相(6)和由第二材料(5)构成的第二相(7)，所述第一材料(4)与所述第二材料(5)不同，所述第一材料(4)包括至少50质量百分数的铁(Fe)，并且所述第二材料(5)包括至少50质量百分数的铜(Cu)。

Description

特别是用于气缸工作面的 滑动配置系统以及用以制造该滑动配置系统的方法
技术领域
本发明涉及一种滑动配置系统和一种用以制造该滑动配置系统的方法，特别是用于内燃机中的气缸工作面。此外，本发明还涉及具有该滑动配置系统的内燃机。
背景技术
由现有技术已知热喷涂的滑动面，例如铝质曲轴箱中的气缸工作面。对于批量生产，优选在铁基上施加涂层。为了优化性能，特别是摩擦、磨损和自润滑性能，可以有针对性地往涂层中加入不同的合金元素或微粒。
发明内容
本发明的目的是提出一种滑动配置系统和一种用以制造该滑动配置系统的方法，特别是用于内燃机中的气缸工作面，其在制造经济的情况下能够实现坚固耐久的滑动面，特别是应达到不同的性能，诸如滑动面的低摩擦、低磨损和良好的自润滑性能。此外，本发明的目的是提出一种具有所述滑动配置系统的相应的内燃机。
上述目的通过独立权利要求的特征得以实现。从属权利要求涉及本发明的一些有益设计。
由此，上述目的通过这样的滑动配置系统得以实现，该滑动配置系统包括：由铝材料构成的基体，特别是曲轴箱；和作为滑动面特别是作为气缸工作面通过热喷涂被施加于基体上的涂层，其中，所述滑动面包括由第一材料构成的第一相和由第二材料构成的第二相，所述第一材料与所述第二材料不同，所述第一材料包括至少50质量百分数的铁(Fe)，并且所述第二材料包括至少50质量百分数的铜(Cu)。
由此，滑动面的第一相包括铁基合金，特别是使用非合金钢或低合金钢。第二相包括铜基材料，特别是铝青铜。在所述滑动面中，两种原始材料并不是完全一起熔合成合金，而是使这两种材料至少部分地体现(重新恢复)为独立的相。特别是，比第二材料更多地使用第一材料，使得所述第一材料(特别是钢)构成基质，其中，在该基质内嵌入包括所述第二材料(特别是青铜)的第二相。钢具有下述优点：它在强度高和导热性好的同时有非常小的磨损。由此，借助在滑动面内的第一材料或者说第一相，在耐磨强度良好的情况下可以承受大的负荷。主要包括铜的第二相是用来减少滑动面的摩擦。
有益的是，作为第二材料，使用含有至少70质量百分数的铜(Cu)和至少一种另外的合金元素(包括铝(Al))的青铜。
优选的是，第一材料与第二材料的比例(特别是在原材料中)在60:40和95:5之间(第一材料：第二材料)。由此产生用于构成基质的第一相，尤其是含铁的。在该第一相内嵌入有第二相，尤其是含铜的。
本发明此外还包括一种用以制造滑动配置系统的方法，特别是用以制造这里所说明的滑动配置系统的方法。该方法优选应用于内燃机中的气缸工作面。该方法至少包括下列步骤：(i)提供基体，优选内燃机的曲轴箱。该基体包括铝材料，优选包括铝合金。以及，(ii)在基体上热喷涂涂层。该热喷涂的涂层(优选在适当的机械处理工艺之后，特别是搪磨之后)形成滑动面。在进行涂层之前，优选对要涂层的表面实施活化处理。在进行热喷涂时，使用至少两种不同的材料。在此，同时地热喷涂这两种材料。这两种材料也可以称为喷涂材料。例如将这两种材料作为两根丝材或者作为一根以外套包覆的丝材供给喷涂过程。然而所述至少两种材料在供给到热喷涂过程时甚至可能相互熔为合金，对此，于是要相应地选择用于喷涂的温度，使得合金仅仅部分地熔合并且在涂层中产生两个相。
通过同时热喷涂两种材料而产生了包括两个相的滑动面，其中，第一相为铁基合金，特别是非合金钢或低合金钢，而第二相包括铜基材料，特别是铝青铜。通过热喷涂过程，两种原始材料并不是完全一起熔合成合金，或者，如果所述材料在热喷涂之前存在于一种合金之中，该合金在热喷涂时至少部分地发生分解。在两种情况下，这两种材料在涂层或者说滑动面中至少部分地体现(重新恢复)为独立的相。特别是，比第二材料更多地使用第一材料，使得所述第一材料(特别是钢)构成基质，其中，在该基质中嵌入包括所述第二材料(特别是青铜)的第二相。通过这种按照本发明进行的涂层制造，可以根据材料的选择来实现滑动面的各种大不相同的性能。在本发明方法的范围内，如同在本发明的滑动面中那样，设定相同的原料和材料质量百分数。
有益的是，使用等离子喷涂、高速火焰喷涂、电弧丝材喷涂或冷气喷涂作为热喷涂过程。
在等离子喷涂的情况中和在冷气喷涂的情况中，通常使用粉末。在此所说明的方法中，相应地将不同材料的两种不同粉末同时地供给等离子喷涂过程。
在高速火焰喷涂的情况中，可以使用粉末或者使用丝材。在使用粉末的情况下，又是使用不同材料的两种不同粉末。
在电弧丝材喷涂的情况中，使用丝材，特别是两根、三根或四根丝材。与此相应地，这时以丝材的形式供给两种材料。
不论是在电弧丝材喷涂的情况中还是在高速火焰喷涂的情况中，对于使用丝材，存在着两种不同的优选方案：一是可以供给由第一材料构成的第一丝材并同时供给由第二材料构成的第二丝材。此外优选规定：使用唯一一根丝材，该丝材的芯部由第二材料构成并且该丝材的芯部的外套由第一材料构成。通过这种方式，可以将两种材料以仅仅一根丝材的形式同时供给热喷涂过程。
利用不同热喷涂方法进行的试验表明：在调定适当工艺参数的情况下，两种材料在热喷涂过程中并不完全熔透成合金，而是至少部分地作为两种不同的相存在于涂层中。这一点例如在显微照片中可以清楚地看出。
此外，本发明还包括一种内燃机，其具有所述滑动面作为气缸工作面。另外，有益地规定：按照上述方法来制造本发明的具有所述滑动面的内燃机。
通过本发明，可以在滑动面内同时利用第一材料的高耐磨强度和第二材料的低摩擦。由此，在内燃机中尽管实现了耐磨强度却依然能减小摩擦，从而降低燃料消耗和CO2排放。
附图说明
本发明的其他一些细节、特征和优点可由下文的说明和附图获得。附图示出：
图1为本发明滑动配置系统和本发明方法的实施例的示意图，和
图2为一种可以使用在本发明方法的实施例中的丝材。
具体实施方式
借助图1和2对具有滑动面11的滑动配置系统和用以制造该滑动配置系统11的方法进行说明。
图1以示意方式大大简化地表示出基体1(在此构造为铝质曲轴箱)的局部区段。通过热喷涂，将一涂层2施加于基体1上。涂层2的外表面在机械加工之后便构成滑动面11，该滑动面用作气缸工作面。
为了进行热喷涂过程而使用热喷涂设备3。特别是，该热喷涂设备3为用于等离子喷涂、高速火焰喷涂或电弧丝材喷涂或冷气喷涂的设备。
给所述热喷涂设备3同时供给第一材料4和第二材料5。第一材料4主要由钢或铁构成。第二材料5包括很大份额的铜。
通过热喷涂过程将两种材料4、5同时涂覆到基体1上，从而产生涂层2。
如图1中的示意图所示，由第一材料4产生第一相6。由第二材料5产生第二相7，该第二相嵌入第一相6中。
图2所示出的丝材8特别是可以应用于电弧丝材喷涂或应用于高速火焰喷涂。该丝材8具有由第二材料5构成的芯部9。芯部9被由第一材料4构成的外套10所包围。借助所示丝材8，可以同时给热喷涂设备3供给两种材料4、5。
附图标记列表
1 基体
2 涂层
3 热喷涂设备
4 第一材料(钢)
5 第二材料(青铜)
6 第一相(基质)
7 第二相(嵌入物)
8 丝材
9 芯部
10 外套
11 滑动面

Claims (10)

1.滑动配置系统，包括：
·由铝材料构成的基体(1)，特别是曲轴箱，和
·通过热喷涂被施加于基体(1)上的涂层(2)，作为滑动面(11)，特别是作为气缸工作面，
·其中，所述滑动面(11)包括由第一材料(4)构成的第一相(6)和由第二材料(5)构成的第二相(7)，所述第一材料(4)与所述第二材料(5)不同，所述第一材料(4)包括至少50质量百分数的铁(Fe)，并且所述第二材料(5)包括至少50质量百分数的铜(Cu)。
2.如权利要求1所述的滑动配置系统，其特征在于：所述第一材料(4)包括至少70质量百分数的铁(Fe)。
3.如前述权利要求之任一项所述的滑动配置系统，其特征在于：所述第二材料(5)包括至少70质量百分数的铜(Cu)。
4.如权利要求3所述的滑动配置系统，其特征在于：所述第二材料是含有至少70质量百分数的铜(Cu)和至少一种另外的合金元素的青铜，该合金元素包括铝(Al)。
5.如前述权利要求之任一项所述的滑动配置系统，其特征在于：所述第一材料(4)与第二材料(5)的比例在60:40和95:5之间(第一材料:第二材料)。
6.内燃机，其具有曲轴箱作为如前述权利要求之任一项所述的滑动配置系统的基体(1)并具有气缸工作面作为如前述权利要求之任一项所述的滑动配置系统的滑动面(11)。
7.用以制造滑动配置系统的方法，特别是用以制造内燃机中的气缸工作面的方法，包括下列步骤：
-提供由铝材料构成的基体(1)，特别是曲轴箱，和
-在基体(1)上热喷涂涂层(2)，以制成滑动面(11)，其中，在热喷涂过程中同时涂覆第一材料(4)和与该第一材料不同的第二材料(5)，使得所述滑动面(11)具有由第一材料(4)构成的第一相(6)和由第二材料(5)构成的第二相(7)，所述第一材料(4)包括至少50质量百分数、优选至少70质量百分数的铁(Fe)，并且所述第二材料(5)包括至少50质量百分数、优选至少70质量百分数的铜(Cu)。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：使用电弧丝材喷涂作为热喷涂过程，其中，将两种材料(4，5)作为丝材同时供给。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：使用这样的丝材(8)，该丝材的芯部(9)由所述第二材料(5)构成并且该丝材的芯部(9)的外套(10)由所述第一材料(4)构成。
10.内燃机，其具有滑动配置系统，其中，所述滑动配置系统是按照权利要求7至9之任一项制造的。
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